Исследование изгибных колебаний планок ремизных рам высокоскоростных ткацких станков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Пекарь, Жанна Викторовна

• Пекарь, Жанна Викторовна
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пекарь, Жанна Викторовна

Содержание

Введение

Глава 1. Обзор работ по расчету ремизных рам

1.1 Анализ работ

1.2 Обоснование темы исследования

Глава 2. Динамическая и математическая модели ремизной рамы

2.1 Динамическая модель рамы

2.2 Составление дифференциальных уравнений вертикальных поперечных колебаний планки ремизной рамы

2.3 Вычисление коэффициентов влияния

2.4 Математическая модель рамы с учетом усилий от натяжения нитей основы

Глава 3. Идентификация динамической и математической моделей рамы ткацкого станка типа СТБ

3.1 Содержание экспериментальных исследований

3.2 Экспериментальное определение коэффициентов влияния

3.3 Определение частот собственных колебаний планки рамы

3.4 Определение коэффициентов демпфирования

Глава 4. Моделирование на ПЭВМ колебаний планок рамы

4.1 Моделирование свободных затухающих колебаний

4.2 Моделирование вынужденных колебаний, получение амплитудно-частотных характеристик

4.3 Моделирование колебаний ремизной рамы в условиях работы на станке типа СТБ

4.4 Пример расчета планок рам высокоскоростных ткацких станков на жесткость при динамических нагрузках

Общие выводы

Список использованных источников

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование изгибных колебаний планок ремизных рам высокоскоростных ткацких станков»

Введение

Ремизная рама является исполнительным и несущим органом зевообразовательного механизма и в процессе ткачества испытывает большие технологические нагрузки от нитей основы и динамические нагрузки от скоростных режимов ткацкого станка. Поэтому жесткость деталей ремизных рам и элементов их соединений определяют точность передачи закона движения нитям основы при зевообразовании, уровень обрывности нитей основы, качество вырабатываемой ткани, простои ткацкого станка и, следовательно, его производительность.

До последнего времени при расчетах ремизных рам ткацких станков на прочность, и жесткость учитывали только их статическое нагружение наибольшими величинами сил от натяжения нитей основы. При модернизации станков с целью повышения производительности путем увеличения скорости вращения главного вала, рассчитанные таким способом рамы, оказались неработоспособными. Как отмечается в отчете [50], при частоте вращения главного вала 350 об/мин и более происходят недопустимые изгибные колебания планок рамы и, как следствие, увеличение нагрузки на раму. В результате циклического действия динамических нагрузок возникают переменные напряжения, которые приводят к поломке планок, узлов крепления боковины с планкой, разладке ремизного механизма. Вследствие этого, появилась необходимость проводить расчеты рамы не только на статические, но и на динамические нагрузки. Отсутствие же на современном этапе методик расчетов планок ремизных рам на жесткость применительно к высокоскоростным ткацким станкам снижает эффективность конструкторрко-технологических работ.

Современные ремизные рамы должны выдерживать большие динамические нагрузки при эксплуатации, обладать минимальной массой и пониженной металлоемкостью, технологичностью, быть удобными и

простыми в обслуживании, безопасными, не ограничивать технологических возможностей станка.

Решение задачи расчета рам на динамические нагрузки позволит повысить производительность ткацких станков за счет улучшения жесткостных характеристик ремизной рамы, что обеспечит снижение обрывности нитей основы и позволит уменьшить время простоев станка при замене вышедших из строя ремизных рам.

Актуальность темы. Работа выполнялась по госбюджетной тематике в соответствии с планом по теме №95-673-25 " Исследование динамики механизмов и машин текстильной промышленности с целью совершенствования их конструкций". Ремизные рамы до последнего времени рассчитывались только на статические нагрузки. При модернизации станков с целью повышения производительности путем увеличения скорости вращения главного вала, рассчитанные таким способом рамы, оказывались неработоспособными. Расчеты на динамические нагрузки не проводились. Появилась необходимость исследовать изгибные колебания планок рамы, которые возникают вследствие действия на планки рамы динамических нагрузок от скоростных режимов работы ткацкого станка. Поэтому стало актуальным рассчитывать рамы высокоскоростных ткацких станков также и на динамические нагрузки. Эти расчеты и выполняются в диссертации.

Цель и задачи исследования. Целью работы является исследование изгибных колебаний планок ремизных рам высокоскоростных ткацких станков типа СТБ и проведение динамических расчетов рам на жесткость.

Первой задачей настоящей работы является идентификация структуры динамической и математической моделей ремизной рамы путем

N.

экспериментальных исследований и моделирования на ПЭВМ.

Второй задачей - является выполнение комплекса теоретических исследований колебаний планок ремизных рам с использованием ПЭВМ для проведения динамических расчетов на жесткость и выдача научно-практических рекомендаций по использованию полученных результатов в научно-исследовательских и конструкторско-технологических

организациях.

Для выполнения динамических расчетов необходимо создать динамические и математические модели рам, провести экспериментальные исследования колебаний планок рамы на вибростенде, позволяющие идентифицировать параметры динамической и математической моделей, разработать программы для моделирования колебаний на ПЭВМ и провести необходимые теоретические исследования.

В процессе исследований и реализации работы было необходимо: -разработать динамические модели рам и идентифицировать их динамические и математические модели с учётом испытаний на вибростенде;

-на основе этих моделей составить программы, позволяющие получать с помощью ПЭВМ амплитудно-частотные характеристики и характеристики колебаний рамы на станке, необходимые при динамических расчетах рамы на жесткость;

-провести комплекс теоретических исследований колебаний планки ремизной рамы станка СТБ с целью разработки методик расчета планок рам на жесткость.

Общая методика исследования. Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования изгибных колебаний планки ремизной рамы высокоскоростного ткацкого станка типа СТБ. Достоверность теоретических положений проверялась в ходе экспериментов и моделирования.

Экспериментальные исследования влияния динамических и статических нагрузок, действующих на планки ремизной рамы, проведены на вибростенде ВЭДС-100, специально оснащенном для этой цели дополнительными устройствами с применением тензометрической и осциллографической аппаратуры.

Динамические и математические модели рамы составлены методами теоретической и строительной механики. Идентификация математической и динамической моделей проведена на вибростенде в лаборатории кафедры теоретической механики и моделированием на ПЭВМ. Программы для моделирования на ПЭВМ колебаний планок ремизной рамы составлены на алгоритмическом языке Fortran 77 и RM Fortran, при этом были использованы программы и методика, разработанные на кафедре теоретической механики МГТА.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые:

- разработаны методы статической и динамической идентификации моделей ремизных рам ткацких станков и выполнена идентификация модели рамы ткацкого станка типа СТБ;

- получены экспериментальные амплитудно-частотные характеристики ремизной рамы испытаниями на вибростенде;

- проведены динамические расчеты планок ремизных рам на жесткость моделированием на ПЭВМ.

Практическая ценность. Результаты экспериментальных и теоретических исследований изгибных колебаний планок ремизных рам позволяют дать рекомендации по проведению динамических расчетов рам на жесткость моделированием на ПЭВМ с целью сокращения сроков и улучшения качества проектно-конструкторских работ при проектирования новых ремизных рам и рам модернизируемых высокоскоростных ткацких станков.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научных конференциях профессорского преподавательского состава МГТА им. А.Н.Косыгина в 1996-1998 годах; на всероссийских научно-технических конференциях "Современные технологии текстильной промышленности" (Текстиль-96, Текстиль-97, Текстиль- 98).

Объем работы. Диссертация содержит введение, 4 главы, выводы, приложение, изложена на 140 страницах, включая 37 рисунков и 4 таблицы. Список литературы содержит 79 работ отечественных и зарубежных авторов.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 статей.

Основные условные обозначения

Ш}— приведенные массы дискретной модели, 1 = 1,2,3,4; у - плотность материала планки;

- коэффициенты демпфирования, 1 = 1,2, 3, 4; 5ц - коэффициенты влияния;

8,ц - коэффициенты влияния от действия натяжения нитей основы; Су- коэффициенты жесткости;

Н - ускорение рамы в функции угла поворота главного вала, задаваемое

ремизоподъемным механизмом; Е - модуль упругости материала планки;

1Х - момент инерции площади поперечного сечения планки рамы; 1,1 - длины пролетов, {= 1, 2, 3,4;

У1, У2, Уз и у4 — обобщенные координаты модели верхней планки рамы;

фг - относительный угол поворота главного вала на участке одного оборота;

Р® - усилия от натяжения нитей основы;

п - число пролетов;

13 - длина передней части зева;

131 - длина задней части зева;

Тшах - максимальное натяжение нити основы;

Тдщ' минимальное натяжение нити основы;

А1щах - максимальное удлинение нити основы;

И т - максимальное перемещение галев;

к3 - коэффициент асимметрии зева;

И, Ь, ё - высота, ширина и толщина профиля сечения планки (см. рис.4.4.1);

кп - число нитей основы;

т| - коэффициент динамичности;

со - угловая скорость главного вала;

а - угол раскрытия зева.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Пекарь, Жанна Викторовна

Общие выводы

1. Анализ работ по расчету ремизных рам показал, что до последнего времени расчет планок ремизных рам на жесткость проводился статическими методами по наибольшим усилиям от натяжения нитей основы.

2. В отдельных работах сделаны попытки создания динамических методов расчета, однако, идентификация рассмотренных динамических моделей не проводилась.

3. Для выполнения динамических расчетов необходимо разработать адекватные многомассовые динамические и математические модели ремизных рам и идентифицировать их параметры экспериментальными исследованиями на вибростенде и моделированием на ПЭВМ. Модель должна воспроизводить первые две собственные частоты рамы.

4. Идентификацию моделей удобно выполнять экспериментально статическим и динамическим методом (с помощью АЧХ). При этом необходимо определять коэффициенты влияния, коэффициенты демпфирования и оценивать первые две собственные частоты колебаний.

5. Ремизную раму станка СТБ-180 можно представить в виде статически неопределимой балки с четырьмя сосредоточенными массами, расположенной на жестком подвижном основании. При этом в динамической модели инерционные параметры каждого пролета планки рамы представляются одной сосредоточенной массой, а степень статической неопределимости равна числу промежуточных стоек. Для рамы станка СТБ-216 (четыре промежуточны^ стойки) модель можно представить в виде балки с пятью сосредоточенными массами, для СТБ-330 (семь стоек) - с восьмью сосредоточенными массами.

6. В результате экспериментальных исследований и моделирования на ПЭВМ установлено, что динамические и математические модели ремизной рамы предложенного типа адекватны реальным рамам в области рабочих частот (10. .300 Гц).

7. Идентифицированные модели можно эффективно использовать при моделировании на ПЭВМ колебаний ремизной рамы в условиях работы на станке типа СТБ, получать характеристики колебаний при различных сочетаниях числовых значений параметров рамы и режимов работы станка, выполнять расчеты планок на жесткость при динамических нагрузках.

8. Разработанные модели и программы для моделирования на ПЭВМ можно использовать как основу для получения более сложных моделей, учитывающих колебания галевоносителей, нитей и других элементов рамы, а также для оптимизационных расчетов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Пекарь, Жанна Викторовна, 1999 год

Список использованных источников

1. Александров Е.В., Соколинский В.В. Прикладная теория и расчеты ударных систем. -М.: НаукаД969. -189 с.

2. Алексеев К.Г. Трение нитей основы в глазках галев ремиз.// Текстильная промышленность. -1969. -№8. -с.40-43.

3. Алленова А.П. Автоматические ткацкие станки СТБ. -М.: Легпромбытиздат, 1985. -288 с.

4. Ануфриев П.И., Бузин Н.П. Ткацкий станок фирмы Зульцер. -М.: Государственное издательство литературы по легкой промышленности, 1959. -209 с.

5. Бабаков И.М. Теория колебаний. - М: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1958. - 628с.

6. Бахтурина А.И., Казуров A.A. Ремизоподъемные каретки.// Текстильная промышленность. -1977.-№3. -62-65 с.

7. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. -М.: Высшая школа, 1976.-427 с.

8. Бидерман В.Л. Теория механических колебаний. -М.: Высшая школа, 1980.-408 с.

9. Блок питания типа П-133 // Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Нев.тип.заказ 4551-67006. 1974, 15 с.

10. Вакс Е.Э. Измерение натяжения нитей. -М.: Легкая индустрия, 1966. -230 с.

11. Вибрационный электродинамический стенд ВЭДС-ЮОБ // Паспорт и инструкция по эксплуатации. Таганрогский завод «Виброприбор». Северокавказкий межотраслевой центр научно-технической информации. Ростов-на-Дону. 1974. —98 с.

12. Власов П.В. Нормализация процесса ткачества. - М.: Легкая промышленность. - 1982. - 296 с.

13. Гендельман М.Н. Классификация скоростных ремизоподъемных кареток: Обзор. -М., ЦНИИТЭИлегпром, 1976. -52 с.

14. Гордеев В.А. Динамика механизмов отпуска и натяжения основы ткацких станков. -М.: Легкая индустрия, 1965. -173 с.

15. Гордеев И.А., Волков П.В. Ткачество. -М.: Легкая индустрия, 1984.-488 с.

16. Гусейнов A.C., Горшков A.B. Экспериментальное исследование технологического сопротивления от зевообразования на станке П - 105 - М 311. Изв.Вузов. Технология текстильной промышленности. - 1968. - №4. - с.91-95.

17. Гусейнов A.C. О нагрузках на валу двигателя станка П - 105 при зевообразовании.// Изв.Вузов.Технология текстильной промышленности. - 1969. - № 1. - с. 88 - 92

18. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. - М.: Наука, 1967. - 439 с.

19. Дживанов К., Трифонов К. Подобрей закон нищелковата при тькачните машин // Текстилна промишленост /НРБ/. -1975. -№1. - с.14-19

20. Дживанов К., Трифонов К. Динамика на нищелков механизм //Текстилна промишленост /НРБ/. -1975. -№4. - с.159-163

21. Ден-Гартог Дж.П. Механические колебания. -М.: Физматгиз, 1960.-580 с.

22. Добронравов В.В., Никитин H.H. Курс теоретической механики. -М.: Высшая школа, 1983. -576 с.

23. Ерохин Ю.Ф. Влияние колебаний ремизок на натяжение нитей основы.// Текстильная промышленность. -1977. -№3. -60-61 с.

24. Инструкция по монтажу, настройке, регулировке и эксплуатации станков СТБ. Утверждена 28.06.71 Минтекстильпром РСФСР. -М., 1972. -29 с.

25. Исследования динамики механизмов и машин с целью совершенствования их конструкций (ткацкие станки типа АТПР,

прядильные и крутильные машины): Отчет по НИР/ МГТА. Тема 9185828. -М., 1993. -133 с.

26. Исследования динамики механизмов и машин с целью совершенствования их конструкций. Отчет о НИР (заключительный)/ МГТА; Руководитель Пчелин И.К. - шифр темы 92-559-29; Инв. № 02.9.50 003856.-М., 1994.-145 с.

27. Исследование механизмов прокладки утка: Отчет о НИР//Всесоюзный научно-технический центр: Руководители - Копейкин Г.Ф., Афанасьев Ю.А. №Р Б612303, инв. № 007775488 - Новосибирск, 1977.- 143 с.

28. Киселев В.В. Строительная механика,- М., Стройиздат, 1980.-

560с.

29. Коритысский Я.И. и др. Приборы и установки для исследования текстильных машин. -М.: Машгиз, 1958. -279 с.

30. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. -М.: Наука, 1978. -832 с.

31. Краткое описание усилителя тензометрических измерений типа ТА-5. -21 с.

32. Кузовкин К.С. и др. Опыты работы на станках СТБ. -М.: Легкая индустрия, 1968. -98 с.

33. Кулемкин Ю.В. Разработка конструкции и методов проектирования ремизных рам повышенной надежности для бесчелночных ткацких станков. - Кострома. Канд. дисс., 1992. - 250 с.

34. Купташкин В.Я., Терентьев В.И., Хозина Е.И. Проектирование закона движения ремизок // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -1988, №5. - с.83-88.

35. Макаров Л. А., Пчелин И.К. Моделирование динамики ремизной рамы ткацкого станка АТПР-100 // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. - 1994, №4. - с.71-74.

36. Малышев А.П., Воробьев П.А. Механика и конструктивные

расчеты ткацких станков. -М: Машиностроение, 1972. -206 с.

«

37. Мартынов И.А. Влияние скорости станка АТПР-120 на технологические параметры выработки ткани и ее строение. // Текстильная промышленность. -1972.-№1. -12 с.

38. Митропольский Б.И., Любовицкий В.П., Фомченко Б.Р. Проектирование ткацких станков. - Л.: Машиностроение, 1972. -208 с.

39. Моделирование на ПЭВМ и исследование динамики механизмов и машин с целью совершенствования их конструкций (ткацкие станки, прядильные и крутильные машины, транспортные машины). Отчет оНИР/МГТА; Руководитель Пчелин И.К. - шифр темы 9185828; инв. № 02.980005023,- М., 1997. - 75 с.

40. Орнатская В.А., Селиверстова М.С. Зевообразовательный механизм станка фирмы Зульцер // Изв.Вузов. Машиностроение. - 1959. -№5,- с.28-31.

41. Осциллографы светолучевые HI 15. // Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М.: В/С Машприборинторг. 1976. - 45 с.

42. Пономарев К.К. Расчет элементов конструкции с применением ЭВМ. -М.: Высшая школа, 1972. -329 с.

43. Пчелин И.К. Моделирование динамики ремизной рамы ткацкого станка АТПР-100 // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -1994. - №4. - с.71-75.

44. Пчелин И.К. Моделирование динамики ремизной рамы ткацкого станка типа СТБ // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. - 1998. - №1. - 64-67 с.

45. Пчелин И.К. Моделирование на ПЭВМ динамики ремизных рам ткацких станков // Тезисы докладов. -1998. -№1. -с.91.

46. Пчелин И.К., Макаров Л.А., Пекарь Ж.В. Идентификация динамических моделей ремизных рам ткацких станков // Тезисы докладов. -1996.-c.122.

47. Пчелин И.К., Макаров Л.А., Пекарь Ж.В. Методика динамических расчетов планок ремизных рам // Тезисы докладов. -1998. -№1. -с.111.

48. Пчелин И.К., Макаров Л.А., Пекарь Ж.В. Методика расчета жесткостных характеристик планок рамок ремизных рам. // Тезисы докладов. -1997. - с.87.

49. Пчелин И.К., Пекарь Ж.В. Исследование изгибных колебаний планок ремизных рам высокоскоростных ткацких станков. // Тезисы докладов. - 1998. - с. 56

50. Пчелин И.К., Пекарь Ж.В. Экспериментальное исследование изгибных колебаний планок ремизных рам // Сборник научных трудов аспирантов. -1998. -№1. - с.78-86

51. Разработка конструкции и технологии изготовления ремизных рам для пневморапирных ткацких станков АТПР под автоматизированную и ручную проборку основы: Отчет о НИР / ЦНИИМАшдеталь. Тема 278829.-М. 1988.-59 с.

52. Разработка методики и программ для ПЭВМ по расчету ремизных рам на жесткость при динамических нагрузках. Отчет о НИР (промежуточный) //МГТА. - М. 1990. - 146 с.

53. Розанов Ф.Д. Станки для чистки берд и ремизок.// Ткачество. -1964.-№3. -32 с.

54. Седель О.Я. Исследование механизма зевообразования станков типа СТБ: Дис. ... канд. тех. наук. -М., 1974.

55. Сидоров Ю.П. Пневморапирные ткацкие станки. -М.: Легкая индустрия, 1974. -349 с.

56. Скоростные ремизоподъемные каретки для ткацких станков.// Обзор.-М. 1971.-58 с.

57. Снитко Н.К. Строительная механика. -М.: Высшая школа, 1972.-482 с.

58. Степанов Г.В. Станки АТПР: устройство и расчет параметров. -М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. -200 с.

59. Степанов Г.Б., Быкадоров Р.В. Станки СТБ: устройство и наладка. -M.: Легпромбытиздат, 1985. -216 с.

60. Талавашек О., Сватый В. Бесчелночные ткацкие станки. -М.: Легпромбытиздат, 1985. -336 с.

61. Теоретические и экспериментальные исследования динамики ремизных рам. Отчет о НИР (заключительный) // МГТА. - М. 1991. - 118 с.

62. Терентьев В.И. Развитие теории зевообразования, и разработка универсального метода проектирования зевообразовательных механизмов скоростных ткацких станков. Дис. ... докт. тех. наук. -М., 1989. - 475 с.

63. Теселкин П. И. Влияние деформаций звеньев зевообразовательного механизма на движение ремиз: Дисс.канд.техн. наук. -М., 1960.-203 с.

64. Тимошенко С.П., Гудьер Д.Ж. Теория упругости. -М.: Наука,1975. -523 с.

65. Топилин А.П. Высокопроизводительные автоматические ткацкие станки типа СТБ. 1969.

66. Трифонов К., Дживанов К. Деформация и напряжения в нищелковата рамка // Текстилна промишленост /НРБ/. -1975. -№2. - с.56-60.

67. Условия выработки тканей полотняного переплетения на станках СТБ .: Обзор. - М.: - 1970. - 38 с.

68. Caughey Т.К., Vijayaraghavan A. Free and forced oscillations of dynamic system with "linear hysteretic damping" (non-linear theory)// International Journal of Non-Linear Mechanics. -1970. -№5. -p.533-555.

69. Cyristian T. Neureitliche Webegeschirre // Mitteilungen uber die Textilindusnrie. -1973. -№6. -s.213-215.

70. Dolecki N.S. Reducing warp breaks with variable heald staffing // Journal of the Textile institute. -1974. -№8. -p.8-10.

71. Fatz H. Die modern Schaftsrahmen fur die automatischen Weberorbereitungsmaschinen // Melliand Textilberichte. - 1969. - № 3 - 5. 178 -182 p.

72. Ishoda Teruo, Umede Akira, Nishikayama Tomio. Higher dobby shedding speeds for faster rates of wett insertion // Textile Manufacturer. -1974. -№1. -p. 19-20, 22-23.

73. Klikar J. Vlastni kmiti brdovych listu // Textil. -1985. -Roc. 40. -№12. -s. 424-427.

74. Kohlhass O. Investigations of factors influensing on warp tension // International Textile Bulleten. -1981. -№1. -p. 69-80.

75. Mehrend W. Hubelemente zweckmassiger gestalten // TextilBetrieb (ГДР). -1972. -№10. -s. 60-61.

76. Nobary Inui. Manufacturing of textil equipment accesoires and weawing problems // Chiso u Koraku. - 1970. V - 23. - № 7 - p. 505 - 512

77. Strazd I.E. Wptyw ruchu nicielnic na odksztalcenie, nitek osrowy podczas twarzenia przesmyku // Przeglad wtokienniczy. -1980. -№9. -s. 493495.

78. Talavasek J. Zatizeni listoveho stroje // Textil. -1981. -Roc.36. -№11.-s. 380-391.

79. Wimalaweera W., Weinsdorfer H. Einfluss des webegeschirres auf den webevorgang und die Jazz beanspruchung // Melliand Textilberichte. -1987. -v. 68. -№10. -s. 721-727.